一種直接液冷晶片強化傳熱表面的製備方法
2023-05-27 03:29:21
專利名稱：一種直接液冷晶片強化傳熱表面的製備方法
技術領域：
本發明涉及直接液冷晶片的強化沸騰傳熱表面的製備，特別是關於一種可降低成 本的強化沸騰傳熱表面的製備方法和技術。
背景技術：
隨著微電子技術的快速發展，晶片上大規模集成電路的密集化和電子器件的微型 化已成為現代電子設備發展的主流趨勢。這將直接導致晶片的散熱量高速增加。如果晶片 的性能繼續以目前的高速度發展，耗能和散熱將成為橫在其前進路上最大的絆腳石。能否 解決這兩個問題，將成為整個信息產業甚至全球經濟性命交關的大問題。高效晶片散熱技 術的研究已成了制約晶片新一代產品開發的關鍵。風冷技術是冷卻晶片降低晶片溫度的重要手段，但是具有較為明顯的缺點1向大體積和超重量發展；2噪音上升；3散熱能力有限。液冷技術是冷卻晶片的另一有效手段。它的優點是1散熱效率高；2噪音小。缺點是安全性和穩定性差。與光滑沸騰加熱面相比，通過機械加工、化學腐蝕、氣相沉積、雷射鑽孔等方法改 變表面結構可有效提高電子器件的沸騰性能。但這些微結構都未能有效改善高熱流密度區 的沸騰換熱性能，且製備設備、方法價格昂貴。為解決上述問題，本發明提供了一種廉價的強化沸騰表面製備方法，可製備出在 管道式的自然循環冷卻系統中具有良好沸騰傳熱性能的強化沸騰傳熱表面。
發明內容
本發明提供了一種新的強化沸騰傳熱表面的製備方法和技術。本發明將傳統的強 化傳熱表面技術理論與光子晶體薄膜製備技術相結合以實現具有微米、亞微米微結構的強 化沸騰傳熱表面的製備。該方法對設備要求低、工藝簡單。一種新的直接液冷晶片強化傳熱表面製備方法，其特徵為包括以下步驟使用LB膜法、自組裝法、旋塗法或者豎片生長法在基體上製備出具有規則結構的 模板；使用溶膠_凝膠法填充由步驟a中製成的模板；使用煅燒或溶解方法去除所述模板，獲得帶有表面微結構的強化傳熱表面。進一步，所述模板由高分子膠體微球組成。進一步，所述高分子膠體微球為聚苯乙烯膠體微球，其尺寸範圍在90nm-10 μ m之 間。
進一步，所製備的強化表面為規則有序的單層孔結構薄膜。進一步，所製備的強化表面為規則有序的多層結構薄膜。進一步，所製備的強化表面的微結構特徵尺寸為微米級亞微米量級。進一步，所製備的單層結構薄膜強化表面的微結構為凹形孔穴結構。進一步，所製備的多層結構薄膜強化表面的微結構為蛋白石反結構。本發明工藝過程非常簡單，只需要在晶片表面覆蓋膠體微球模板後，通過溶 膠-凝膠法，就能在基片外延生長出所需要的微納米結構。由於外延層是在基片的基礎上 生長，所以其結構和性質與基底完全相同。並且可以製備大面積的晶片，這樣提高了單位成 品製備效率。另外由於工藝步驟少，產生的總體廢棄物要少很多，是一種環境友好的製備工 藝。
圖1為本發明實施例1中溶膠_凝膠法製備工藝的示意圖。圖2為本發明實施例1所製備的單層膜式強化沸騰換熱表面示意圖。圖3為本發明實施例1所製得的單層膜式強化沸騰換熱表面實物圖。圖4為本發明實施例2所製得的多層膜式強化沸騰換熱表面實物圖。
具體實施例方式實施例1單層膜式強化沸騰換熱表面的製備具體步驟如下首先是單層膠體微球的製備使用的膠體微球粒徑在90ηπι-10μπι，所使用的基片 為矽片。方法一，旋塗法將膠體微球水溶液，體積百分比濃度在0.5% -20%之間，與乙 醇按適當體積比1 1-1 20配製，然後將這種溶液滴加在基片上，在合適的轉速下 100-3000轉/分鐘就可製得規則排列的單層膜膠體微球薄膜；或方法二，自組裝法將膠體微球水溶液，體積百分比濃度在0. 5 % -20 %之間，與乙 醇按適當體積比，範圍在1 1-1 20之間配製，然後將溶液滴加在盛有高純水的容器中， 在水的表面會漂浮一單層膠體微球，將基片插入溶液，緩慢提出，會在基片表面附著一單層 膠體微球；二氧化矽溶膠的配製配方正矽酸乙酯，乙醇，鹽酸，濃度均為0. 1摩爾/升，按體積比1 6 0.1混 合，搖勻後靜置12小時。溶膠-凝膠法如圖1所示，圖中1為基底，2為膠體晶體微球，3為二氧化矽溶膠，4為提拉機，5 為容器。將附有單層膠體晶體微球的基片插入盛有二氧化矽溶膠的容器5之中，然後有提 拉機緩慢提拉，提拉速度為1-100微米/秒，在空氣中放置24小時，環境條件為室溫。溶膠-凝膠過程結束後除掉膠體微球，就得到了強化沸騰換熱表面，圖2為單層膜 式強化沸騰換熱表面示意圖，圖中1為基底，2為強化沸騰傳熱表面。如圖3所示，為通過使 用該方法所製得的強化沸騰換熱表面實物圖。
本實施例中所採用的膠體微球為聚苯乙烯微球。實施例2多層膜式強化沸騰換熱表面的製備具體步驟如下1)多層膠體微球的製備首先是單層膠體微球的製備使用的膠體微球粒徑在 90nm-10 μ m,所使用的基片為矽片。方法一，旋塗法與實施例1中的方法一相同，只是需要反覆重複單層製備方法來 製備多層膠體微球，重複次數和層數成正比；或方法二，自組裝法在一定容器中盛一定體積百分比的膠體微球水溶液或乙醇； 體積百分比濃度為0.01% -10%，然後將基片豎直放置在溶液中，將整個容器放置在恆溫 恆溼環境中，溫度在20-601，溼度在10%-90%。當溶液蒸發完畢，就能在基片上獲得多層 膠體晶體薄膜，薄膜層數和溶液的濃度成正比；或方法三，LB法在一定容器中盛一定體積百分比的膠體微球水溶液或乙醇(體積 百分比濃度在0. 01% -10% )，然後將基片豎直放置在溶液中，將整個容器放置在恆溫恆溼 環境中，溫度在20-60°C，溼度在10% -90%。然後基片緩慢提起，提拉速度為0.01-100微 米/秒，可在基片上獲得多層膠體晶體薄膜，在一定濃度下，層數和提拉速度成正比。2) 二氧化矽溶膠配製同實施例1。3)溶膠-凝膠法過程同實施例1。圖4為所製得的多層膜式強化沸騰傳熱表面實物圖。
權利要求
一種新的直接液冷晶片強化傳熱表面製備方法，其特徵為，包括以下步驟a、使用LB膜法、自組裝法、旋塗法或者豎片生長法在基體上製備出具有規則結構的模板；b、使用溶膠 凝膠法填充由步驟a中製成的模板；c、使用煅燒或溶解方法去除所述模板，獲得帶有表面微結構的強化傳熱表面。
2.根據權利要求1所述製備方法，其特徵為，所述模板由高分子膠體微球組成。
3.根據權利要求2所述製備方法，其特徵為，所述高分子膠體微球為聚苯乙烯膠體微 球，其尺寸範圍在90nm-10ym之間。
4.根據權利要求1所述製備方法，其特徵為，所製備的強化表面為規則有序的單層孔 結構薄膜。
5.根據權利要求1所述製備方法，其特徵為，所製備的強化表面為規則有序的多層結構薄膜。
6.根據權利要求1所述製備方法，其特徵為，所製備的強化表面的微結構特徵尺寸為 微米級亞微米量級。
7.根據權利要求4所述製備方法，其特徵為，所製備的單層結構薄膜強化表面的微結 構為凹形孔穴結構。
8.根據權利要求5所述製備方法，其特徵為，所製備的多層結構薄膜強化表面的微結 構為蛋白石反結構。
全文摘要
本發明公開了一種直接液冷晶片的強化沸騰傳熱表面的製備。本發明採用了製備光子晶體的方法LB膜法、自組裝法或旋塗法；將膠體微球組成規則排列的單層或多層膠體晶體薄膜。然後再以這種薄膜為模板，利用溶膠-凝膠法填充模板，最後利用煅燒或溶解的方法去除模板在基片表面製備出二維或三維強化沸騰傳熱表面。這種強化沸騰傳熱表面在管道式的自然循環冷卻系統中具有良好沸騰傳熱性能，且製備方法簡單、造價低廉。
文檔編號H01L23/373GK101916717SQ20101021735
公開日2010年12月15日 申請日期2010年6月23日 優先權日2010年6月23日
發明者曹鶴, 王育人 申請人:中國科學院力學研究所